[發(fā)明專利]一種超聲電機氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910135870.2
• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN109796709A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙蓋;宋敬伏;余元豪;裘進浩;丁慶軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C08L27/18
• 分類號: C08L27/18;C08K9/06;C08K3/28;C08K3/04;C08K3/34;C08K3/22
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

一種氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法，所述的復合材料包括聚合物基體聚四氟乙烯PTFE、表面改性處理的類石墨型氮化碳g?C₃N₄、碳納米管和無機納米氧化物。所述復合材料的制備方法包括如下步驟：類石墨型氮化碳的制備、氮化碳表面改性、原料在球磨機中的高速球磨共混、烘干過篩處理、冷壓成型、熱壓燒結(jié)、切片。本發(fā)明中聚四氟乙烯復合材料制備方法工藝簡單，操作方便，成本低，易于工業(yè)化大量制備，易加工，制得的復合材料具有較高的表面硬度、良好的力學性能和摩擦學性能，在超聲電機摩擦材料方面具有潛在的應用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物復合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高性能聚合物復合材料及制備方法，具體地說是一種超聲電機用氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料及制備方法。

背景技術(shù)

隨著超聲電機技術(shù)的不斷發(fā)展以及應用領(lǐng)域的迅速擴大，對超聲電機的啟動可靠性、運行穩(wěn)定性以及使用壽命的要求越來越高，傳統(tǒng)的摩擦材料很難滿足超聲電機高性能化的發(fā)展需求。因此，針對特殊需求及應用，發(fā)展新型摩擦材料成為超聲電機性能提升的有效途徑。

聚四氟乙烯是一種具有低表面能、耐腐蝕、自潤滑性能優(yōu)異的高分子材料，但是純的聚四氟乙烯性能單一，很難滿足超聲電機復雜的應用工況，尤其在航空航天領(lǐng)域，如果超聲電機在地面長期儲存后，發(fā)射后在空間環(huán)境中會有無法正常工作的現(xiàn)象。因為超聲電機是一種利用逆壓電效應將定子的微觀振動通過摩擦作用，將能量傳遞到轉(zhuǎn)子輸出的一種新型電機，組裝后定轉(zhuǎn)子之間帶有很大的壓力，摩擦層長期受壓后會發(fā)生蠕變或者冷焊，當需要工作時，超聲電機接觸界面無法啟動，或者強行啟動后造成摩擦界面撕裂，從而影響超聲電機的性能和使用壽命。所以超聲電機摩擦界面良好的抗蠕變性和長期儲存后仍具有可靠的啟動性顯得尤為重要。

目前旋轉(zhuǎn)型超聲電機使用的摩擦材料主要存在以下問題：一是表面自由能較高，二是抗蠕變性能較差，三是使用壽命較短。目前，國內(nèi)還沒有摩擦材料能夠完全解決以上三個問題并同時滿足超聲電機的使用需求。因此，尋求長壽命高可靠的耐磨材料是超聲電機亟需解決的難題。

近年來，納米改性成為提高聚合物材料性能的有效途徑之一，納米填料可以提高聚合物復合材料的力學性能、熱力學性能和摩擦學性能等；其中氮化碳是一種類石墨型的新型二維材料，具有與金剛石相媲美的硬度，被認為是未來新一代的超硬材料，同時具有優(yōu)良的韌性、較高的抗磨性，是提高聚四氟乙烯表面硬度和耐磨性的理想填料。鑒于此，利用性能優(yōu)良的氮化碳改性聚四氟乙烯顯得非常重要，該制備方法工藝簡單，成本低廉，效果顯著。此外，針對超聲電機對摩擦材料力學性能、熱力學性能、摩擦學性能等綜合性能的特殊要求，本發(fā)明還利用力學性能優(yōu)良的一維碳納米管進行增強，能夠提高聚四氟乙烯的力學性能；為了提高表面硬度和耐磨性，還添加了無機納米顆粒；此類材料對于提高超聲電機的性能具有廣闊的前景，在碳納米管增強、無機納米顆粒改性的基礎(chǔ)上，再利用氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料是一種全新的途徑，目前尚未有相關(guān)技術(shù)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目在于針對超聲電機摩擦材料存在的表面自由能較高，抗蠕變性能較差及使用壽命較短的問題，發(fā)明一種超聲電機用氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料及其制備方法，該方法工藝簡單，成本低廉，改性效果顯著，能夠大大提高聚四氟乙烯復合材料的表面硬度、抗蠕變性能和摩擦學性能，將會提高超聲電機的機械輸出性能、運行穩(wěn)定性和可靠性，對于提高其在航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療、機器人等方面的可靠應用具有重要意義。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案之一是：

一種超聲電機用氮化碳改性聚四氟乙烯復合材料，其特征在于：復合材料的組分按照質(zhì)量百分比計算為：聚四氟乙烯90～97%，表面改性處理過的氮化碳1～5%，多壁碳納米管1～2%，納米氧化物1～3%，各組份之和為100%。

所述的聚四氟乙烯粒徑為20～35μm，選用聚四氟乙烯做聚合物基體是因為其本身具有較低的表面能和良好的自潤滑性能。